Većina robota postiže hvatanje i taktilno osjetilo pomoću motoriziranih sredstava, koja mogu biti pretjerano glomazna i kruta. Grupa sa Sveučilišta Cornell osmislila je način na koji mekani robot može iznutra osjetiti svoju okolinu, otprilike na isti način na koji to rade ljudi.
Skupina predvođena Robertom Shepherdom, docentom strojarstva i zrakoplovnog inženjerstva i glavnim istraživačem Organic Robotics Lab, objavio je rad koji opisuje kako rastezljivi optički valovod djeluje kao senzor zakrivljenosti, izduženja i sile u mekoj robotskoj ruci.
Doktorand Huichan Zhao glavni je autor knjige “Optoelektronički inervirana meka protetička šaka putem rastezljivih optičkih valovoda”, koji je predstavljen u debitantskom izdanju Science Robotics. Rad je objavljen 6. prosinca; također su pridonijeli doktorandi Kevin O'Brien i Shuo Li, obojica iz Shepherdovog laboratorija.
"Većina današnjih robota ima senzore na vanjskoj strani tijela koji otkrivaju stvari s površine", rekao je Zhao. "Naši senzori integrirani su u tijelo, tako da zapravo mogu detektirati sile koje se prenose kroz debljinu robota, slično kao što mi i svi organizmi radimo kada, na primjer, osjetimo bol."
Optički valovod se koristi od ranih 1970-ih za brojne senzorske funkcije, uključujući taktilne, položajne i akustičke. Izrada je izvorno bila kompliciran proces, ali pojava meke litografije i 20-D ispisa tijekom posljednjih 3 godina dovela je do razvoja elastomernih senzora koji se lako proizvode i ugrađuju u meku robotsku aplikaciju.
Shepherdova grupa koristila je postupak meke litografije u četiri koraka za proizvodnju jezgre (kroz koju se širi svjetlost) i obloge (vanjske površine valovoda), u kojoj se također nalazi LED (dioda koja emitira svjetlost) i fotodioda.
Što se protetska ruka više deformira, to se više svjetla gubi kroz jezgru. Taj varijabilni gubitak svjetla, kako ga detektira fotodioda, ono je što omogućuje protezi da "osjeti" svoju okolinu.
"Da se svjetlost ne gubi kada savijamo protezu, ne bismo dobili nikakve informacije o stanju senzora", rekao je Shepherd. "Količina gubitka ovisi o tome kako je savijen."
Grupa je koristila svoju optoelektroničku protezu za obavljanje raznih zadataka, uključujući hvatanje i ispitivanje oblika i teksture. Što je najvažnije, ruka je mogla skenirati tri rajčice i odrediti, prema mekoći, koja je najzrelija.
Zhao je rekao da ova tehnologija ima mnoge potencijalne namjene izvan proteza, uključujući bio-inspirirane robote, koje je Shepherd istraživao zajedno s Mason Peck, izvanredni profesor strojarstva i zrakoplovstva, za korištenje u istraživanju svemira.
“Taj projekt nema senzorsku povratnu informaciju,” rekao je Shepherd, govoreći o suradnji s Peckom, “ali kad bismo imali senzore, mogli bismo u stvarnom vremenu pratiti promjenu oblika tijekom izgaranja [kroz elektrolizu vode] i razviti bolje sekvence pokretanja kako bismo napravili kreće se brže.”
Budući rad na optičkim valovodima u mekoj robotici usredotočit će se na povećane senzorske mogućnosti, djelomice 3-D ispisom složenijih oblika senzora i uključivanjem strojnog učenja kao načina odvajanja signala od povećanog broja senzora. "Upravo sada", rekao je Shepherd, "teško je lokalizirati odakle dolazi dodir."
Ovaj je rad potpomogao potporu Ureda za znanstvena istraživanja zračnih snaga, a koristio se Cornell NanoScale Science and Technology Facility a Cornell Centar za istraživanje materijala, a oba podupire Nacionalna zaklada za znanost.
- Tom Fleischman, Sveučilište Cornell